CN107764820A - 一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置及方法，它包括氮气瓶、充填料浆制备装置、带有阀门的充填料浆添加装置、电加热套、气体鉴别装置、安全阀、阀门、尾气吸收装置。所述氮气瓶用来对整个装置空气的排除，所述充填料浆制备装置包含搅拌机及安全阀，所述充填料浆添加装置位于充填料浆制备装置的上部，所述电加热套用于充填料浆制备装置的加热，所述气体鉴别装置由4个洗气瓶组成，用于不同气体的鉴别，所述尾气吸收装置与气体鉴别装置通过导气管和阀门连接。本发明通过模拟矿井环境，配制充填料浆，对可能产生的气体进行检测鉴别，保障工人在井下充填作业的安全，具有操作简单、实施方便、效果明显的优点。
Description
技术领域
本发明涉及到矿山充填技术领域，尤其涉及到一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置及方法。
背景技术
水泥、电石渣、磷石膏、煤矸石、粉煤灰、炉渣、黄磷渣等各类尾矿是矿山充填的主要原材料，由于部分原材料含有游离酸及选矿药剂（黄药、黑药、松醇油等），原材料之间或本身会相互发生一些复杂的化学生物反应而产生有毒有害气体。H2S、SO2、PH3、CO2是充填材料可能释放的气体。以H2S为例，H2S气体产生原因大体有二个方面：原矿硫本底值较高，尾矿填充区厌氧环境，致使尾矿含大量硫酸根及其它各种含硫物质，在生化反应的作用下，例如在厌氧条件下，硫酸盐还原菌(SRB)代谢、分解含硫有机物和含硫无机物，导致有毒气体硫化氢的产生；尾矿中残留的某些选矿药剂，在一定条件下发生化学反应，产生了H2S等有毒气体，例如黄药、黑药、Na2S2O3等药剂，在酸性条件下发生水解反应，产生硫化氢气体。这些有毒有害气体在地面充填料浆的制备过程不易察觉，但井下环境温度20～45℃，氧气不足，厌氧微生物活性高，此时会气体会逐渐释放并富集起来，对操作工人带来极大的安全隐患。在此背景下开发一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置及方法，用于指导充填配比的调整或原材料的预处理，保证安全生产是目前本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明目的是提供一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置及方法，主要检测矿井充填过程可能产生的气体H2S、SO2、PH3、CO2。
本发明采用如下的技术方案实现：
一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置及方法，包括氮气瓶（1）、充填料浆制备装置（2）、充填料浆添加装置（10）、电加热套（3）、气体鉴别装置（4）、（5）、（6）、（7）、安全阀（12）、阀门（9）、（13）、（14）、（15）、（16）、（17）、搅拌机（11）、尾气吸收装置（8）。
所述的氮气瓶氮气纯度在99%以上，氮气瓶通过连接管与阀门与充填料浆制备装置连接。
所述的充填料浆制备装置（2）包含搅拌机（11）及安全阀（12）。
所述安全阀（12）在充填料浆制备装置（2）内部压力为0.15Mpa自动打开。
所述充填料浆添加装置（10）附带阀门，位于充填料浆制备装置（2）上部，充填原材料的质量浓度在50%～75%，粒径在16mm以下。
所述电加热套（3）用于对充填料浆制备装置（2）的加热。
作为优选，气体在检测过程中，气体鉴别装置（4）、（5）、（6）、（7）之间通过导气管和阀门连接，瓶中依次装入浓度为0.5～5mol/L的醋酸铅溶液、硝酸银溶液、硝酸钡溶液、氢氧化钡溶液。
作为优选，尾气在吸收过程中，尾气吸收装置装有浓度为0.2～2 mol/L的氢氧化钾或其它可溶性碱溶液。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用于矿井充填的有毒有害气体检测方法，包括以下步骤：
（1）检查装置的气密性；
（2）原材料按既定的比例通过充填料浆添加装置（10）添加到充填料浆制备装置（2）中，立即关闭充填料浆添加装置（10）的阀门，开启氮气瓶，打开阀门（9）、（13）、（14）、（15）、（16）、（17），对系统中存在的空气排除干净；
（3）关闭步骤2所述阀门，开启搅拌机（11），搅拌时间1～5min，搅拌速度60～80r/min，同时电加热套（3）开始对加热，加热温度在20～50℃，持续加热时间为72～90h；
（4）加热过程中，观察气体鉴别装置（4）中的现象，当生成黑色沉淀时表示有H2S产生，持续加热12～24h后打开阀门14，当生成白色沉淀说明有PH3气体产生；持续加热24～48h后打开阀门15，当生成白色沉淀说明有SO2气体产生；持续加热48～72h后打开阀门16，当生成白色沉淀说明有CO2气体产生；持续加热72h～90h打开阀门17。
本发明根据充填过程中可能产生的气体H2S、SO2、PH3、CO2的化学特征反应，独创性的开发了一套模拟充填料浆制备及井下环境的装置，对各类矿山充填材料间可能产生的有毒有害气体进行检测，指导充填配比的调整或充填材料的预处理，保障生产安全，具有明显的推广价值。
附图说明
图1为本发明一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置结构示意图。
图中标号：1-氮气瓶，2-充填料浆制备装置，3-电加热套，4～7-气体鉴别装置，8-尾气吸收装置， 9、13、14、15、16、17-阀门，10-充填料浆添加装置，11-搅拌机，12-安全阀。
具体实施方式
以下结合具体实例和说明书附图对本发明做进一步阐述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
本发明主要检测矿井充填过程可能产生的气体H2S、SO2、PH3、CO2。对某一充填配比而言，产生的气体可能是一种或几种，上述气体的鉴别主要基于下述技术原理：
实施例1
一种本发明的用于矿井充填的有毒有害气体检测装置及方法，参照图1，所用的充填原材料为电石渣、粉煤灰、铁尾矿、工业用水，方法包括以下步骤：
（1）按图1连接好装置后，检查装置的气密性；
（2）电石渣、粉煤灰、铁尾矿、工业用水按质量比为1：1：10：6（质量浓度66.7%）加入到充填料浆制备装置中，立即关闭充填料浆添加装置的阀门，开启氮气瓶，打开阀门9、13、14、15、16、17对系统中存在的空气排除干净；
（3）关闭步骤2所述阀门，开启搅拌机11，搅拌速度为60r/min，搅拌5min后，同时电加热套3开始加热，加热温度在35℃，持续加热时间为72h；
（4）持续加热12h后 ，观察气体鉴别装置4无明显现象，持续36h后打开阀门14，生成白色沉淀；持续加热48h后打开阀门15，无明显现象；持续加热72h后打开阀门16，无明显现象，此时打开阀门17。
以上检测过程说明有PH3气体产生，通过以上判断该充填配比不合适，充填配比需要做进一步调整或充填原材料做预处理。
实施例2
实施例2所用的充填原材料为磷石膏、黄磷渣、磷尾矿、工业用水，方法包括以下步骤：
（1）按图1连接好装置后，检查装置的气密性；
（2）磷石膏、黄磷渣、磷尾矿、工业用水按质量比为4：2：12：10（质量浓度64.3%）加入到充填料浆制备装置中，立即关闭充填料浆添加装置的阀门，开启氮气瓶，打开阀门9、13、14、15、16、17对系统中存在的空气排除干净；
（3）关闭步骤2所述阀门，开启搅拌机11，搅拌速度为70r/min，搅拌3min后，同时电加热套3开始加热，加热温度在40℃，持续加热时间为85h；
（4）加热过程中，观察气体鉴别装置4有黑色沉淀产生，持续加热20h后打开阀门14无明显现象；持续加热30h后打开阀门15，有白色沉淀产生；持续加热56h后打开阀门16，有白色沉淀产生；持续加热85h后打开阀门17。
以上检测过程说明有H2S、SO2、CO2气体产生。通过以上判断该充填配比不合适，充填配比需要做进一步调整或充填原材料做预处理。
实施例3
实施例3所用的充填原材料为水泥、铅锌尾矿、工业用水，方法包括以下步骤：
（1）按图1连接好装置后，检查装置的气密性；
（2）水泥、铅锌尾矿、工业用水按质量比为1：8：4（质量浓度69.2%）加入到充填料浆制备装置中，立即关闭充填料浆添加装置的阀门，开启氮气瓶，打开阀门9、13、14、15、16、17对系统中存在的空气排除干净；
（3）关闭步骤2所述阀门，开启搅拌机11，搅拌速度为72r/min，搅拌4min后，同时电加热套3开始加热，加热温度在40℃，持续加热时间为75h；
（4）加热过程中，观察气体鉴别装置4中无明显现象，持续加热18h后打开阀门14无明显现象；持续加热35h后打开阀门15，无明显现象；持续加热65h后打开阀门16，无明显现象；持续加热75h后打开阀门17。
以上未检测出有毒有害气体，通过以上判断该充填配比适合作为充填使用。
以上仅为本发明具体实施案例说明，不能以此限定本发明的权利保护范围。凡根据本发明申请权利要求书及说明书内容所作的等效变化与修改，皆在本发明保护的范围内。
Claims (9)
1.一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，它包括氮气瓶（1）、充填料浆制备装置（2）、充填料浆添加装置（10）、电加热套（3）、气体鉴别装置（4）、（5）、（6）、（7）、安全阀（12）、阀门（9）、（13）、（14）、（15）、（16）、（17）、搅拌机（11）、尾气吸收装置（8）。
2.如权利要求1所述用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，氮气瓶氮气纯度在99%以上，氮气瓶（1）通过连接管和阀门与充填料浆制备装置（2）连接。
3.如权利要求1所述用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，所述的充填料浆制备装置（2）包含搅拌机（11）及安全阀（12）。
4.如权利要求3所述用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，所述安全阀（12）在充填料浆制备装置（2）内部压力达到0.15Mpa时自动打开。
5.如权利要求1所述用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，所述充填料浆添加装置（10）附带阀门，位于充填料浆制备装置（2）上部，充填原材料的质量浓度在50%～75%，粒径在16mm以下。
6.如权利要求1所述用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，电加热套（3）用于对充填料浆制备装置（2）的加热。
7.如权利要求1所述一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，所述的气体鉴别装置（4）、（5）、（6）、（7）之间通过导气管和阀门连接，瓶中按顺序依次装入浓度为0.5～5mol/L的醋酸铅溶液、硝酸银溶液、硝酸钡溶液、氢氧化钡溶液。
8.如权利要求1所述一种用于矿井充填的有毒有害气体检测装置，其特征在于，尾气吸收装置（8）装有浓度为0.2～2 mol/L的氢氧化钾或其它可溶性碱溶液。
9.一种用于矿井充填的有毒有害气体检测方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）检查装置的气密性；
（2）原材料按既定的比例通过充填料浆添加装置（10）添加到充填料浆制备装置（2）中，立即关闭充填料浆添加装置（10）的阀门，开启氮气瓶，打开阀门（9）、（13）、（14）、（15）、（16）、（17），对系统中存在的空气排除干净；
（3）关闭步骤2所述阀门，开启搅拌机（11），搅拌时间1～5min，搅拌速度60～80r/min，同时电加热套（3）开始对加热，加热温度在20～50℃，持续加热时间为72～90h；
（4）加热过程中，观察气体鉴别装置（4）中的现象，当生成黑色沉淀时表示有H2S产生，持续加热12～24h后打开阀门14，当生成白色沉淀说明有PH3气体产生；持续加热24～48h后打开阀门15，当生成白色沉淀说明有SO2气体产生；持续加热48～72h后打开阀门16，当生成白色沉淀说明有CO2气体产生；持续加热72h～90h打开阀门17。
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